水库汛期分期与汛限水位分析——以安徽省梅山水库为例

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1、⑧万方数据硕士学位论文MASTER’STHESIS水库是人类建造的为了拦蓄河川径流的水利工程措施，具有防洪、发电、灌溉、养殖及旅游等效益。淮河流域大部分水库的首要目的是防洪，然而，随着社会经济的发展，科学技术的进步以及水资源供需关系的变化，对水库提出了新的要求：发挥水库的效益，利用雨洪资源，力争在汛期确保水库防洪安全与大坝安全的前提下，充分拦蓄洪水，把洪水变成可利用的水资源。这是淮河流域水资源利用现状对于该流域水库职能提出的新要求。水库作为拦蓄洪水、调节径流最重要的环节，同时也是洪水资源化的有效工程措施。利用水库进行洪水资源

2、化不仅有利于将洪水转换成宝贵的水资源，减轻或消除洪水带来的灾害，缓解水资源短缺的局面，而且可以在保证水库安全的前提下增加水库供水量和发电量，提高水库非汛期的正常蓄水位，减小非汛期的供水压力和发电压力。从而进一步改善地区生态环境，提高水资源利用率，有利于地区社会经济的发展。梅山水库坐落于淮河一级支流史河上游梅山城区，位于鄂、豫、皖三省交界处的大别山腹地，是淮河流域重点工程，作为淠史杭灌区主要水源，灌溉下游的安徽、河南二省五县区383万亩农田。随着该流域社会经济的发展，工业农业以及生活用水的增加，水资源供需矛盾逐渐紧张，水库洪水

3、资源化研究可以缓解该流域以及水库下游灌区用水紧张局面。解决上述问题的研究趋势也是主要方法就是对水库进行洪水分期，适当抬高所研究水库汛限水位，从而提高水库非汛期的供水。1．2国内外研究进展20世纪70年代以前，洪水分期主要利用传统的统计学方法，在历年洪水资料中摘录出洪峰的某尺度的年最大值，构成样本序列进行研究。70年代之后，随着分形理论的成熟与发展，分形理论在水文序列中的运用研究逐渐丰富起来，用分形进行洪水分期具有定量、客观、准确的优点。分形思想在理论和实例运用中都取得了全面深入的发展。1．2．1国外研究进展水文序列的分析有多

4、种方法，除传统的时间序列分析方法之外还有人工神经网络法、小波分析法、模糊数学法以及分形法。传统时间序列法是指水文要素的数据按照时间顺序变动排列而形成的一种数列，反映的是水文要素随时间的发展过程，最常用的有平滑法、趋势线法、季节性指数法、自回归法等晦1。2⑨万方数据硕士学位论文MASTER’STHESlS模糊分析方法是美国自动控制专家查德(L．A．Zadch)于1965年首次提出，之后在自然科学领域得到了广泛应用∞3。之后Negoita于1985年做了专家分析法与模糊分析法的研究，并将二者进行了比较口1。分形理论最早由“分形之

5、父"BenoitBMandelbrot提出并建立，1967年，他发表论文阴1，对海岸线的本质作了独特的分析，震惊学术界，分形概念就从这里萌芽。1973年，Mandelbrot首次提出了分维和分形几何学的思想，1975年出版了专著旧1，揭示分形的基本特征，即分形图形是通过对其自身进行成比例缩小复制而构成的，局部与整体相似，即自相似。由于径流时间序列为一般离散时间序列，传统的分析认为它就是简单的一维时间序列。但是，大量的研究表明，径流时间序列属于非线性时间序列，具有自相似特性，因此可以利用分形与分维来描述径流量的变化规律。分形理

6、论在水文学领域的研究起步较晚，始于20世纪80年代后期。二十多年来，许多学者相继展开了应用分形对水文水资源的研究。Jelmern们对荷兰瓦登海潮汐通道进行研究，将海岸线放大三至四倍后依然具有自相似的特性，并且其海岸线的长度成对数减少趋势。就海岸分支长度和海峡位置的自然可变性而言，可以把海岸系统看做是一种具有自相似性的分形结构系统。认为海岸系统的自相似性与海岸的大小、潮间带低地沼泽的相对数量以及潮汐的振幅无关，其自相似性决定于自然事物的本身结构。从而认为分形具有很广泛的适用性。Rudolftlll等研究了多叉树模型下的多重分形

7、。Georgesn21对非持久分形布朗运动进行了相关研究，发现分形布朗运动的自仿射进程在常量H大于0小于O．5的时候受限制，认为多维分形布朗运动具有维数为非整数的形状，即分形维数为小数。用于计算分形维数的方法有很多：Hausdorff维数，相似维数，盒计数维数，容量维数，关联维数，信息维数。此外Coppensn31还对多周期多重分形的鞅测度进行了分析研究。在水利工程的设计中，水工建筑物能够抗御的最大洪水称为设计洪水。汛限水位即汛期限制水位，是指汛期为上、下游防洪及水库安全预留调洪库容或为保持必要的调节库容及控制泥沙淤积而设计

8、的水库正常运行允许的最高蓄水位。Colomin4、151等认为需要改变水库库容的情况可以总结为一下3种：①通过实际观测或者理论研究发现水库最初的设计水位高出实际水位较多，②在不威胁水库大坝安全的情况下，有其他目的(例如提高供水能力)，③该水库的下游地区采取了新的措施来防洪，包括工程措施与非